KR101960465B1 - Conductive paste and solar cell - Google Patents
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Abstract
도전성 분말, 상기 도전성 분말과의 혼합열(heat of mixing)이 0보다 작은 제1 원소를 포함하는 금속 유리, 그리고 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트 및 상기 도전성 페이스트를 사용한 태양 전지에 관한 것이다.A conductive glass powder, a metal glass including a first element having a heat of mixing with the conductive powder of less than 0, and a conductive paste containing an organic vehicle, and a solar cell using the conductive paste.
Description
도전성 페이스트 및 태양 전지에 관한 것이다.Conductive pastes and solar cells.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.The solar cell is a photoelectric conversion device that converts solar energy into electric energy, and is attracting attention as a next-generation energy resource with no pollution.
태양 전지는 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하며, 광활성층에서 태양 광 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.The solar cell includes a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. When the solar energy is absorbed in the photoactive layer, an electron-hole pair (EHP) is generated inside the semiconductor, Type semiconductor and a p-type semiconductor, respectively, and they are collected in the electrode, so that they can be used as electric energy from the outside.
태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 전자-정공 쌍을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다.Solar cells are important to increase efficiency so that they can output as much electrical energy as possible from solar energy. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is also important to generate as many electron-hole pairs as possible in the semiconductor, but it is also important to draw out generated charges without loss.
한편, 태양 전지의 전극은 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 형성될 수 있다.On the other hand, the electrode of the solar cell can be formed by a screen printing method using a conductive paste.
일 구현예는 전하의 손실을 줄이고 태양 전지의 효율을 개선할 수 있는 도전성 페이스트를 제공한다.One embodiment provides a conductive paste that can reduce the loss of charge and improve the efficiency of the solar cell.
다른 일 구현예는 상기 도전성 페이스트를 사용한 태양 전지를 제공한다.Another embodiment provides a solar cell using the conductive paste.
일 구현예에 따르면, 도전성 분말, 상기 도전성 분말과의 혼합열(heat of mixing)이 0보다 작은 제1 원소를 포함하는 금속 유리, 그리고 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.According to one embodiment, there is provided a conductive paste comprising a conductive powder, a metal glass including a first element having a heat of mixing with the conductive powder of less than 0, and an organic vehicle.
상기 도전성 분말과 상기 제1 원소의 공융 온도는 상기 도전성 페이스트의 소성 온도보다 낮을 수 있다.The eutectic temperature of the conductive powder and the first element may be lower than the firing temperature of the conductive paste.
상기 도전성 페이스트의 소성 온도는 약 1000℃ 이하일 수 있다.The firing temperature of the conductive paste may be about 1000 캜 or less.
상기 도전성 페이스트의 소성 온도는 약 200℃ 내지 약 1000℃일 수 있다.The baking temperature of the conductive paste may be about 200 캜 to about 1000 캜.
상기 제1 원소는 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 베릴륨(Be), 비스무스(Bi), 게르마늄(Ge), 납(Pb), 이테르븀(Yb), 스트론튬(Sr), 유로퓸(Eu), 지르코늄(Zr), 탈륨(Tl), 리튬(Li), 하프늄(Hf), 마그네슘(Mg), 인(P), 비소(As), 팔라듐(Pd), 금(Au), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 규소(Si), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt) 및 수은(Hg)에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first element may be selected from the group consisting of lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), promethidium (Pm), samarium (Sm), rutethium (Lu), yttrium (Y), neodymium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), thorium (Th), calcium (Ca), scandium (Sc) (Eu), zirconium (Zr), thallium (Tl), lithium (Li), and the like. (Au), plutonium (Pu), gallium (Ga), germanium (Ge), aluminum (Al), hafnium (Hf), magnesium (Mg), phosphorus (Cu), zinc (Zn), antimony (Sb), silicon (Si), tin (Sn), titanium (Ti), cadmium (Cd), indium (In), platinum (Pt) As shown in FIG.
상기 금속 유리는 제2 원소 및 제3 원소를 더 포함할 수 있고, 상기 금속 유리는 하기 화학식 1의 조성을 가지는 합금일 수 있다.The metal glass may further include a second element and a third element, and the metal glass may be an alloy having a composition represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Ax-By-Cz A x -B y -C z
상기 화학식 1에서, A, B 및 C는 각각 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소이고, x, y 및 z는 각각 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소의 조성비이고, x+y+z=1이다.Wherein x, y, and z are the composition ratios of the first element, the second element, and the third element, and x + y + z = 1.
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소는 하기 관계식 1을 만족하는 비율로 포함될 수 있다.The first element, the second element, and the third element may be included in a ratio that satisfies the following relational expression (1).
[관계식 1][Relation 1]
xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3 < 0xy? H 1 + yz? H 2 + zx? H 3 <0
상기 관계식 1에서, ΔH1 는 제1 원소와 제2 원소의 혼합열, ΔH2 는 제2 원소와 제3 원소의 혼합열 및 ΔH3 은 제3 원소와 제1 원소의 혼합열이다.In the above relational expression 1,? H 1 Is the mixed heat of the first element and the second element, ΔH 2 The The mixed heat of the second element and the third element and the mixed heat of? H 3 silver Is the mixed column of the third element and the first element.
상기 도전성 분말은 비저항이 약 100 μΩ㎝ 이하일 수 있다.The conductive powder may have a resistivity of about 100 mu OMEGA cm or less.
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The conductive powder may include silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or a combination thereof.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 30 중량% 내지 약 99 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.The conductive powder, the metal glass, and the organic vehicle may be contained in an amount of about 30% by weight to about 99% by weight, about 0.1% by weight to about 20% by weight, respectively, based on the total amount of the conductive paste.
다른 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자를 제공한다.According to another embodiment, there is provided an electronic device including an electrode formed using the conductive paste.
또 다른 일 구현예에 따르면, 반도체 층, 그리고 상기 반도체 층에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.According to another embodiment, there is provided a solar cell including a semiconductor layer, and an electrode electrically connected to the semiconductor layer and formed using the conductive paste.
상기 전극은 상기 반도체 층과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층, 그리고 상기 버퍼층 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 전극부를 포함할 수 있다.The electrode may include a buffer layer located in a region adjacent to the semiconductor layer, and an electrode portion located in an area other than the buffer layer and containing a conductive material.
상기 버퍼층, 상기 반도체 층과 상기 버퍼층의 계면 및 상기 반도체 층 중 적어도 하나는 결정화된 도전성 물질을 포함할 수 있다.At least one of the buffer layer, the interface between the semiconductor layer and the buffer layer, and the semiconductor layer may include a crystallized conductive material.
본 구현예에 따른 도전성 페이스트를 사용하여 전극의 도전성을 개선하고 접촉 저항을 낮출 수 있다. 이에 따라 상기 전극을 적용한 전자 소자의 전기적 특성을 개선하는 한편 태양 전지의 경우 전하를 효과적으로 모으고 전극 측으로 이동할 수 있어서 효율을 개선할 수 있다.The conductivity of the electrode can be improved and the contact resistance can be lowered by using the conductive paste according to this embodiment. Accordingly, the electrical characteristics of the electronic device using the electrode can be improved, and in the case of the solar cell, the charge can be efficiently collected and moved to the electrode side, thereby improving the efficiency.
도 1은 Al-Cu-Zr을 포함하는 삼원계 합금에서 각 원소의 함유 비율에 따른 혼합열을 보여주는 개략도이고,
도 2a 내지 도 2d는 일 구현예에 따른 도전성 페이스트에서 도전성 분말이 금속 유리와 고용체를 이루고 금속 유리 내로 확산되는 모습을 개략적으로 보여주는 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고,
도 4는 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a mixing column according to a content ratio of each element in a ternary alloy including Al-Cu-Zr,
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views schematically showing a state in which a conductive powder in a conductive paste according to an embodiment forms a solid solution and a solid solution in a metal glass,
3 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to one embodiment,
4 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
이하에서 '원소'는 금속 및 반금속을 포괄하는 용어이다.Hereinafter, the term " element " refers to a metal and a semimetal.
먼저, 일 구현예에 따른 도전성 페이스트에 대하여 설명한다.First, a conductive paste according to one embodiment will be described.
일 구현예에 따른 도전성 페이스트는 도전성 분말, 상기 도전성 분말과의 혼합열(heat of mixing)이 0보다 작은 제1 원소를 포함하는 금속 유리, 그리고 유기 비히클을 포함한다.The conductive paste according to an embodiment includes a conductive powder, a metal glass including a first element having a heat of mixing with the conductive powder of less than 0, and an organic vehicle.
상기 도전성 분말은 비저항이 약 100 μΩ㎝ 이하인 금속에서 선택될 수 있다.The conductive powder may be selected from a metal having a resistivity of about 100 mu OMEGA cm or less.
상기 도전성 분말은 예컨대 은 또는 은 합금과 같은 은(Ag) 함유 금속, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄(Al) 함유 금속, 구리(Cu) 또는 구리 합금과 같은 구리(Cu) 함유 금속, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금과 같은 니켈(Ni) 함유 금속 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다른 종류의 금속일 수도 있으며 상기 금속 외에 다른 첨가물을 포함할 수도 있다. The conductive powder may be a silver-containing metal such as silver or a silver alloy, an aluminum-containing metal such as aluminum or an aluminum alloy, a copper-containing metal such as copper or a copper alloy, ) Or a nickel (Ni) containing metal such as a nickel alloy, or a combination thereof. However, it is not limited to this, and it may be a different kind of metal and may include other additives besides the metal.
상기 도전성 분말은 약 1nm 내지 약 50㎛의 크기를 가질 수 있다.The conductive powder may have a size of about 1 nm to about 50 탆.
상기 금속 유리는 두 종류 이상의 원소가 무질서한 원자 구조를 가지는 비정질 상태의 합금으로, 비정질 금속(amorphous metal)이라고도 부른다. 금속 유리는 실리케이트(silicate)와 같은 일반 유리와 달리 비저항이 낮아 도전성을 나타낸다.The above-mentioned metal glass is an amorphous alloy having two or more kinds of elements having disordered atomic structure, and is also called an amorphous metal. Unlike ordinary glass such as silicate, metal glass has low resistivity and exhibits conductivity.
상기 금속 유리는 상기 도전성 분말과의 혼합열이 0보다 작은 제1 원소를 포함한다. 여기서 혼합열이 0보다 작다는 것은 두 물질이 용융 상태에서 혼합될 때 열역학적으로 자발적인 혼합이 일어날 수 있는 것을 의미하며, 도전성 분말과 제1 원소의 혼합열이 0보다 작다는 것은 용융 상태에서 도전성 분말과 제1 원소가 자발적으로 고용체를 형성할 수 있음을 의미한다. And the metal glass includes a first element whose mixing column with the conductive powder is less than zero. Here, the fact that the mixed heat is smaller than 0 means that spontaneous mixing thermodynamically occurs when the two materials are mixed in the molten state, and that the mixing heat of the conductive powder and the first element is smaller than 0 means that the conductive powder And the first element can spontaneously form a solid solution.
이때 상기 도전성 분말과 상기 제1 원소의 공융 온도(eutectic temperature)가 상기 도전성 페이스트의 소성 온도보다 낮은 경우, 상기 도전성 페이스트의 소성 중에 상기 도전성 분말과 상기 제1 원소가 용융 상태가 될 수 있고, 용융 상태에서 도전성 분말은 제1 원소에 고용되고 확산될 수 있다.If the eutectic temperature of the conductive powder and the first element is lower than the firing temperature of the conductive paste, the conductive powder and the first element may be in a molten state during firing of the conductive paste, The conductive powder can be dissolved and diffused in the first element.
상기 도전성 페이스트의 소성 온도는 약 1000℃ 이하일 수 있으며, 그 중에서 약 200℃ 내지 약 1000℃ 일 수 있으므로, 금속 유리는 상기 온도 범위에서 상기 도전성 분말과 공융될 수 있는 원소가 선택될 수 있다.The firing temperature of the conductive paste may be about 1000 캜 or less, and may be about 200 캜 to about 1000 캜, so that an element capable of eutectic bonding with the conductive powder in the temperature range of the metal glass may be selected.
예컨대 도전성 분말이 은(Ag) 함유 금속인 경우, 약 1000℃ 이하에서 도전성 분말과 고용체를 이룰 수 있는 제1 원소는 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 베릴륨(Be), 비스무스(Bi), 게르마늄(Ge), 납(Pb), 이테르븀(Yb), 스트론튬(Sr), 유로퓸(Eu), 지르코늄(Zr), 탈륨(Tl), 리튬(Li), 하프늄(Hf), 마그네슘(Mg), 인(P), 비소(As), 팔라듐(Pd), 금(Au), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 규소(Si), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt) 및 수은(Hg)에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.For example, when the conductive powder is a metal containing silver (Ag), the first element that can form a conductive powder and a solid solution at about 1000 ° C or lower is lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr) (Sm), rutethium (Lu), yttrium (Y), neodymium (Nd), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), horumium Bismuth Bi, germanium Ge, lead Pb, ytterbium (Yb), tungsten (Tm), thorium (Th), calcium (Ca), scandium (Sc), barium Ba, beryllium (Be) (Sr), Eu (Eu), Zr, Th, Li, Hf, Mg, Ph, As, (Au), plutonium (Pu), gallium (Ga), germanium (Ge), aluminum (Al), copper (Cu), zinc (Zn), antimony (Sb) , At least one selected from titanium (Ti), cadmium (Cd), indium (In), platinum (Pt) and mercury (Hg).
여기서는 도전성 분말이 은(Ag)인 경우만 예시하였지만 이에 한정되지 않고, 도전성 분말이 다른 금속을 포함하는 경우 다양한 원소에서 선택될 수 있다.Here, the case where the conductive powder is silver (Ag) is exemplified, but the present invention is not limited thereto, and the conductive powder may be selected from various elements when it contains another metal.
상기 금속 유리는 상기 제1 원소 외에 제2 원소 및 제3 원소를 더 포함하는 삼원계 합금일 수 있다.The metal glass may be a ternary alloy containing a second element and a third element in addition to the first element.
상기 금속 유리가 삼원계 합금인 경우, 하기 화학식 1의 조성으로 표현될 수 있다.When the metal glass is a ternary alloy, it may be represented by a composition represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Ax-By-Cz A x -B y -C z
상기 화학식 1에서, A, B 및 C는 각각 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소이고, x, y 및 z는 각각 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소의 조성비이고, x+y+z=1이다.Wherein x, y, and z are the composition ratios of the first element, the second element, and the third element, and x + y + z = 1.
상기 금속 유리의 조성에서, 도전성 분말의 고용도를 높이기 위한 제1 원소의 조성비는 하기 관계식 1을 만족하는 비율로 포함될 수 있다.In the composition of the metallic glass, the composition ratio of the first element for increasing the solubility of the conductive powder may be included in a ratio satisfying the following relational expression (1).
[관계식 1][Relation 1]
xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3 < 0xy? H 1 + yz? H 2 + zx? H 3 <0
상기 관계식 1에서, ΔH1 는 제1 원소와 제2 원소의 혼합열, ΔH2 는 제2 원소와 제3 원소의 혼합열 및 ΔH3 은 제3 원소와 제1 원소의 혼합열이다.In the above relational expression 1,? H 1 Is the mixed heat of the first element and the second element, ΔH 2 The The mixed heat of the second element and the third element and the mixed heat of? H 3 silver Is the mixed column of the third element and the first element.
상기 관계식 1과 같이, 금속 유리의 총 혼합열이 0보다 작은 경우 금속 유리의 조성이 열역학적으로 안정화되며, 상기 범위 내에서 제1 원소의 고용도를 높이는 제1 원소의 함유 비율(x)을 정할 수 있다.When the total mixing heat of the metal glass is less than 0, the composition of the metal glass is thermodynamically stabilized, and the content ratio (x) of the first element which increases the solubility of the first element within the above range is determined .
상기 금속 유리는 2개 이상의 원소를 조합한 합금일 수 있으며, 예컨대 제1 원소가 알루미늄(Al)이며 제2 원소 및 제3 원소가 각각 구리(Cu) 및 지르코늄(Zr)일 수 있다.The metal glass may be an alloy of two or more elements. For example, the first element may be aluminum (Al), and the second element and the third element may be copper (Cu) and zirconium (Zr), respectively.
이 경우 Al, Cu 및 Zr이 각각 x%, y% 및 z%로 포함되는 삼원계 합금인 경우, Al-Cu의 혼합열 값이 ΔH1, Cu-Zr의 혼합열 값이 ΔH2, Zr-Al의 혼합열 값이 ΔH3 일 때, 제1 원소인 Al의 함량은 금속 유리의 총 혼합열 값인 xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3 이 0보다 작은 값을 가지는 범위 내에서 정할 수 있다.In this case, when the Al, Cu, and Zr are ternary alloys including x%, y%, and z%, the mixed column value of Al-Cu is ΔH 1 , the mixed column value of Cu-Zr is ΔH 2 , When the mixed column value of Al is ΔH 3 , The content of Al, which is the first element, can be determined within a range where xyΔH 1 + yzΔH 2 + zxΔH 3, which is the total mixed column value of the metal glass, has a value smaller than zero.
도 1은 Al-Cu-Zr을 포함하는 삼원계 합금에서 각 원소의 함유 비율에 따른 혼합열을 보여주는 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic view showing a mixing column according to a content ratio of each element in a ternary alloy including Al-Cu-Zr;
도 1을 참고하면, 영역 A는 삼원계 합금의 총 혼합열이 -10≤xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3≤-6을 만족하는 영역이고, 영역 B는 삼원계 합금의 총 혼합열이 -6≤xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3≤-3을 만족하는 영역이며, C는 삼원계 합금의 총 혼합열이 -3≤xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3≤0을 만족하는 영역이다.Referring to Figure 1, region A is the total heat of the mixed ternary alloy -10≤xyΔH yzΔH 1 + 2 + 3 and zxΔH ≤-6 region satisfying the sphere B is the total heat of the mixed ternary alloys 2-6 the region that satisfies the ≤xyΔH 1 + yzΔH 2 + zxΔH 3 ≤-3, C is a region in which the total mixture the column in the ternary alloy satisfies -3≤xyΔH 1 + yzΔH 2 + zxΔH 3 ≤0.
도 1을 참고하여 적절한 총 혼합열을 가지는 범위에서 x, y 및 z 값을 정할 수 있다.Referring to FIG. 1, x, y, and z values can be determined in a range having an appropriate total mixing row.
상기 금속 유리는 예컨대 Cu58 .1Zr35 .9Al6 및 Cu46Zr46Al8 일 수 있다.The metal glass may be, for example, Cu 58 .1 Zr 35 .9 Al 6 and Cu 46 Zr 46 Al 8 .
상기 유기 비히클은 상술한 도전성 분말 및 금속 유리와 혼합되어 적절한 점도를 부여할 수 있는 유기 화합물과 이들을 용해하는 용매를 포함한다.The organic vehicle includes the above-described conductive powder and an organic compound which can be mixed with the metallic glass to give an appropriate viscosity and a solvent for dissolving the organic compound.
유기 화합물은 예컨대 (메타)아크릴레이트계 수지; 에틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 수지; 페놀 수지; 알코올 수지; 테플론; 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 계면활성제, 증점제 및 안정화제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. The organic compound includes, for example, a (meth) acrylate-based resin; Cellulosic resins such as ethylcellulose; Phenolic resin; Alcohol resin; Teflon; And combinations thereof, and may further comprise additives such as surfactants, thickeners, and stabilizers.
용매는 터피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌, 에틸렌글리콜 알킬에테르, 디에틸렌글리콜 알킬에테르, 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 디알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌 글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 페닐에테르, 디프로필렌글리콜 알킬에테르, 트리프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디메틸프탈산, 디에틸프탈산, 디부틸프탈산 및 탈염수에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.The solvent is selected from the group consisting of terpineol, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, pentanediol, diphentin, limonin, ethylene glycol alkyl ether, diethylene glycol alkyl ether, ethylene glycol alkyl ether acetate, diethylene glycol alkyl ether acetate, di Ethylene glycol dialkyl ether acetate, triethylene glycol alkyl ether acetate, triethylene glycol alkyl ether, propylene glycol alkyl ether, propylene glycol phenyl ether, dipropylene glycol alkyl ether, tripropylene glycol alkyl ether, propylene glycol alkyl ether acetate, dipropylene Glycol alkyl ether acetate, tripropylene glycol alkyl ether acetate, dimethyl phthalic acid, diethyl phthalic acid, dibutyl phthalic acid and demineralized water.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 30중량% 내지 약 99중량%, 약 0.1중량% 내지 약 20중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.The conductive powder, the metal glass, and the organic vehicle may be contained in an amount of about 30% by weight to about 99% by weight, about 0.1% by weight to about 20% by weight, respectively, based on the total amount of the conductive paste.
상술한 도전성 페이스트는 스크린 인쇄 등의 방법으로 형성되어 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있다. The above-described conductive paste may be formed by a method such as screen printing and used as an electrode of an electronic device.
이때 예컨대 반도체 기판 위에 도전성 페이스트를 적용하여 전극을 형성하는 경우, 전술한 바와 같이 도전성 분말은 제1 원소를 포함하는 금속 유리와 고용체를 이루고 용융된 금속 유리 내로 확산될 수 있다.At this time, in the case of forming the electrode by applying the conductive paste on the semiconductor substrate, for example, as described above, the conductive powder may be diffused into the molten metal glass to form a solid solution with the metal glass including the first element.
이에 대하여 도 2a 내지 도 2d를 참고하여 설명한다.This will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.
도 2a 내지 도 2d는 반도체 기판(110) 위에 일 구현예에 따른 도전성 페이스트를 적용한 경우, 도전성 분말이 금속 유리와 고용체를 이루고 금속 유리 내로 확산되는 모습을 개략적으로 보여주는 단면도이다.FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views schematically showing the case where the conductive paste according to an embodiment is applied to the
도 2a를 참고하면, 반도체 기판(110) 위에 도전성 분말(122a) 및 금속 유리(115a)를 포함하는 도전성 페이스트(120a)를 적용한다. 도전성 분말(122a) 및 금속 유리(115a)는 각각 입자(particle) 형태로 존재할 수 있다.Referring to FIG. 2A, a
도 2b를 참고하면, 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg) 이상으로 승온하는 경우, 금속 유리(115a)는 연화되어 액체와 같은 거동을 보이며, 연화된 금속 유리(115a)는 반도체 기판(110) 위에 젖음성(wettability)을 나타내며 버퍼층(115)을 형성한다. 버퍼층(115)은 반도체 기판(110)과 밀착되어 넓은 면적에 걸쳐 반도체 기판(110)과 접촉될 수 있다. 이때 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg)는 도전성 분말(122a)의 소결 온도보다 낮으므로, 도전성 분말(122a)은 여전히 입자 형태로 존재할 수 있다. 이로써, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 제조된 전극은 상기 반도체 기판(110)과 인접하는 영역에 형성되는 버퍼층(115), 그리고 상기 버퍼층(115)이 형성되지 않은 영역에 형성되는 전극부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2B, when the temperature of the
도 2c를 참고하면, 도전성 분말(122a)과 금속 유리의 공융 온도 이상으로 높이는 경우 도전성 분말(122a)과 금속 유리가 공융되고 도전성 분말(122a)의 일부가 금속 유리와 고용체를 이루면서 버퍼층(115) 내로 확산될 수 있다.Referring to FIG. 2C, when the
도 2d를 참고하면, 버퍼층(115) 내로 확산된 도전성 분말(122a)의 일부는 반도체 기판(110) 및/또는 반도체 기판(110)과 버퍼층(115)의 계면으로 확산될 수 있다. 반도체 기판(110)을 냉각하는 경우, 도전성 분말(122a)은 재결정화되어 결정화된 도전성 분말(122b)로 이루어진 전극부(120)를 형성하고, 반도체 기판(110)으로 침투한 도전성 분말(122c) 또한 재결정화될 수 있다.A portion of the
따라서 결정화된 도전성 분말(122b)로 이루어진 전극부(120)가 형성되는 한편, 전극부(120)와 반도체 기판(110) 사이에는 금속 유리로 이루어진 버퍼층(115)이 형성되고, 도전성 분말(122c)은 반도체 기판(110)으로 침투하여 재결정화될 수 있다.A
반도체 기판(110)에 존재하는 재결정화된 도전성 분말(122c)은 태양 광에 의해 반도체 기판(110)에 생성된 전하를 버퍼층(115)을 통하여 전극부(120)로 효과적으로 이동시킬 수 있도록 하는 동시에 반도체 기판(110)과 전극부(120) 사이의 접촉 저항을 낮추어 태양 전지의 전하 손실을 줄일 수 있다. 이에 따라 태양 전지의 효율을 높일 수 있다. The recrystallized
그러면 도 3을 참고하여 일 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.A solar cell according to one embodiment will now be described with reference to FIG.
도 3은 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to one embodiment.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.
이하에서는 설명의 편의상 반도체 기판(110)을 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 반도체 기판(110) 중 태양 에너지를 받는 면을 전면(front side)이라 하고 전면의 반대면을 후면(rear side)이라 한다.Hereinafter, the positional relationship between the
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 태양 전지는 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b)을 포함하는 반도체 기판(110)을 포함한다.Referring to FIG. 3, a solar cell according to an embodiment includes a
반도체 기판(110)은 결정질 규소 또는 화합물 반도체로 만들어질 수 있으며, 결정질 규소인 경우 예컨대 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b) 중 하나는 p형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있으며 다른 하나는 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 예컨대 하부 반도체 층(110a)은 p형 불순물로 도핑된 반도체 층이고, 상부 반도체층(110b)은 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 이때 p형 불순물은 붕소(B)와 같은 III족 화합물일 수 있고, n형 불순물은 인(P)과 같은 V족 화합물일 수 있다. The
상부 반도체 층(110b)의 표면은 표면 조직화(surface texturing) 되어 있을 수 있다. 표면 조직화된 상부 반도체 층(110b)은 예컨대 피라미드 모양과 같은 요철 또는 벌집(honeycomb) 모양과 같은 다공성 구조일 수 있다. 표면 조직화된 상부 반도체 층(110b)은 빛을 받는 표면적을 넓혀 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다. The surface of the
상부 반도체 층(110b) 위에는 복수의 전면 전극이 형성되어 있다. 전면 전극은 기판의 일 방향을 따라 나란히 뻗어 있으며, 빛 흡수 손실(shadowing loss) 및 면저항을 고려하여 그리드 패턴(grid pattern)으로 설계될 수 있다. A plurality of front electrodes are formed on the
전면 전극은 상부 반도체 층(110b)과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층(115), 그리고 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 전면 전극부(120)를 포함할 수 있다. 도 3에서 버퍼층(115)을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 버퍼층(115)은 생략될 수도 있다. 또한, 상기 버퍼층(115)은 상기 상부 반도체 층(110b)과 인접하는 영역의 일부분에만 위치할 수도 있다.The front electrode may include a
전면 전극은 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄 방법으로 형성될 수 있다. 도전성 페이스트는 전술한 바와 같다.The front electrode may be formed by a screen printing method using a conductive paste. The conductive paste is as described above.
전면 전극부(120)는 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합 등으로 만들어질 수 있다. The
상부 반도체 층(110b)과 전면 전극부(120) 사이에는 버퍼층(115)이 형성되어 있다. 버퍼층(115)은 전술한 바와 같으며, 금속 유리를 포함하여 도전성을 가진다. 버퍼층(115)은 전면 전극부(120)와 접촉하는 부분과 상부 반도체 층(110b)과 접촉하는 부분을 가지므로, 상부 반도체 층(110b)과 전면 전극부(120) 사이에서 전하가 이동할 수 있는 통로(path)의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. A
버퍼층(115)에 포함되어 있는 금속 유리는 전면 전극부(120)의 도전성 페이스트에 포함된 성분으로, 공정 중 전면 전극부(120)의 도전성 물질보다 먼저 용융되어 전면 전극부(120)의 하부에 위치할 수 있다. The metal glass included in the
버퍼층(115), 버퍼층(115)의 하부에 위치하는 상부 반도체 층(110b) 및/또는 상부 반도체 층(110b)과 버퍼층(115)의 계면에는 결정화된 도전성 물질(122c)을 포함한다. 결정화된 도전성 물질(122c)은 상기 도전성 페이스트를 사용하여 전면 전극 형성시 소성 단계에서 용융되어 버퍼층(115)을 통과하여 상부 반도체 층(110b)으로 확산된 후 결정화된 것으로, 버퍼층(115)과 함께 상부 반도체 층(110b)과 전면 전극부(120) 사이의 접촉 저항을 낮추고 태양 전지의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The
전면 전극부(120) 위에는 전면 버스 바(bus bar) 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 버스 바 전극은 복수의 태양 전지 셀을 조립할 때 이웃하는 태양 전지 셀을 연결하기 위한 것이다. A front bus bar electrode (not shown) is formed on the
반도체 기판(110)의 하부에는 유전막(130)이 형성되어 있다. 유전막(130)은 전하의 재결합을 방지하는 동시에 전류가 새는 것을 방지하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다. 유전막(130)은 복수의 관통부(135)를 가지며, 관통부(135)를 통하여 반도체 기판(110)과 후술하는 후면 전극이 접촉할 수 있다.A
유전막(130)은 예컨대 산화규소(SiO2), 질화규소(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있으며, 약 100Å 내지 약 2000Å의 두께를 가질 수 있다. The
유전막(130) 하부에는 후면 전극이 형성되어 있다. 후면 전극은 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 알루미늄(Al)과 같은 불투명 금속으로 만들어질 수 있다. 후면 전극은 전면 전극과 마찬가지로 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄 방법으로 형성될 수 있다.A rear electrode is formed under the
후면 전극은 전면 전극과 마찬가지로 하부 반도체 층(110a)과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층(115), 그리고 상기 버퍼층 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 후면 전극부(140)를 포함할 수 있다. 도 3에서 버퍼층(115)을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 버퍼층(115)은 생략될 수도 있다. 또한, 상기 버퍼층(115)은 상기 하부 반도체 층(110a)과 인접하는 영역의 일부분에만 위치할 수도 있다.The rear electrode may include a
버퍼층(115), 버퍼층(115)의 상부에 위치하는 하부 반도체 층(110a) 및/또는 하부 반도체 층(110a)과 버퍼층(115)의 계면에는 결정화된 도전성 물질(122c)을 포함한다. 결정화된 도전성 물질(122c)은 상기 도전성 페이스트를 사용하여 후면 전극 형성시 소성 단계에서 용융되어 버퍼층(115)을 통과하여 하부 반도체 층(110a)으로 확산된 후 결정화된 것으로, 버퍼층(115)과 함께 하부 반도체 층(110a)과 후면 전극부(140) 사이의 접촉 저항을 낮추고 태양 전지의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The interface between the
이하 상기 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 3을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a manufacturing method of the solar cell will be described with reference to FIG.
먼저 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(110)을 준비한다. 이때 반도체 기판(110)은 예컨대 p형 불순물이 도핑되어 있을 수 있다. First, a
이어서, 반도체 기판(110)을 표면 조직화한다. 표면 조직화는 예컨대 질산 및 불산과 같은 강산 또는 수산화나트륨과 같은 강염기 용액을 사용하는 습식 방법으로 수행하거나 플라스마를 사용한 건식 방법으로 수행할 수 있다.Then, the
다음 반도체 기판(110)에 예컨대 n형 불순물을 도핑한다. 여기서 n형 불순물은 POCl3 또는 H3PO4 등을 고온에서 확산시킴으로써 도핑할 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(110)은 다른 불순물로 도핑된 하부 반도체 층(110a)과 상부 반도체 층(110b)을 포함한다. Next, the
다음 상부 반도체 층(110b) 위에 전면 전극용 도전성 페이스트를 도포한다. 전면 전극용 도전성 페이스트는 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 스크린 인쇄는 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 상술한 도전성 페이스트를 전극이 형성될 위치에 도포하고 건조하는 단계를 포함한다.And the front electrode conductive paste is applied on the
도전성 페이스트는 상술한 바와 같이 금속 유리를 포함할 수 있으며, 금속 유리는 예컨대 용융방사법(melt spinning), 흡입주조법(infiltration casting), 기체분무법(gas atomization), 이온조사법(ion irradiation) 또는 기계적 합금법(mechanical alloying) 등의 공지의 방법으로 제조될 수 있다. The conductive paste may include a metallic glass as described above, and the metallic glass may be formed by, for example, melt spinning, infiltration casting, gas atomization, ion irradiation, or mechanical alloying mechanical alloying, or the like.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트를 건조한다.Then, the conductive paste for the front electrode is dried.
다음 반도체 기판(110)의 후면에 예컨대 알루미늄 산화물(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)를 플라스마 화학 기상 증착 방법으로 적층하여 유전막(130)을 형성한다. Next, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or silicon oxide (SiO 2 ) is laminated on the rear surface of the
이어서 유전막(130)의 일부에 레이저를 조사하여 복수의 관통부(135)를 형성한다.Then, a plurality of
다음 유전막(130) 일면에 후면 전극용 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 도포하고 건조한다. Next, a conductive paste for a rear electrode is applied to one surface of the
이어서 후면 전극용 도전성 페이스트를 건조한다.Subsequently, the conductive paste for the rear electrode is dried.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트 및 후면 전극용 도전성 페이스트를 공 소성(co-firing)한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 전면 전극용 도전성 페이스트와 후면 전극용 도전성 페이스트를 각각 소성할 수 있다.Then, the conductive paste for the front electrode and the conductive paste for the rear electrode are co-fired. However, the present invention is not limited thereto, and the conductive paste for the front electrode and the conductive paste for the rear electrode can be fired, respectively.
소성은 소성 로에서 도전성 금속의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온할 수 있으며, 예컨대 약 200℃ 내지 약 1000℃에서 수행할 수 있다.The firing may be performed at a temperature higher than the melting temperature of the conductive metal in the firing furnace, and may be performed at, for example, about 200 ° C to about 1000 ° C.
이하 다른 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 도 4를 참고하여 설명한다.Hereinafter, a solar cell according to another embodiment will be described with reference to FIG.
도 4는 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment.
본 구현예에 따른 태양 전지는 p형 또는 n형 불순물로 도핑된 반도체 기판(110)을 포함한다. 반도체 기판(110)은 후면 측에 형성되어 있으며 서로 다른 불순물로 도핑된 복수의 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 포함한다. 제1 도핑 영역(111a)은 예컨대 n형 불순물로 도핑될 수 있고 제2 도핑 영역(111b)은 예컨대 p형 불순물로 도핑될 수 있다. 제1 도핑 영역(111a)과 제2 도핑 영역(111b)은 반도체 기판(110)의 후면에 교대로 배치될 수 있다. The solar cell according to this embodiment includes a
반도체 기판(110)의 전면은 표면 조직화되어 있을 수 있으며, 표면 조직화에 의해 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다. The front surface of the
반도체 기판(110) 위에는 절연막(112)이 형성되어 있다. 절연막(112)은 빛을 적게 흡수하고 절연성이 있는 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 질화규소(SiNx), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 조합일 수 있으며, 단일 층 또는 복수 층으로 형성될 수 있다. 절연막(112)은 예컨대 약 200Å 내지 약 1500Å의 두께를 가질 수 있다. An insulating
절연막(112)은 태양 전지 표면에서 빛의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사 방지막(anti reflective coating) 역할을 하는 동시에 반도체 기판(110)의 표면에 존재하는 실리콘과의 접촉 특성을 개선하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.The insulating
반도체 기판(110)의 후면에는 복수의 관통부를 가지는 유전막(150)이 형성되어 있다.On the rear surface of the
반도체 기판(110)의 후면에는 제1 도핑 영역(111a)에 연결되어 있는 제1 전극과 제2 도핑 영역(111b)에 연결되어 있는 제2 전극이 각각 형성되어 있다. 제1 전극은 관통부를 통하여 제1 도핑 영역(111a)과 연결될 수 있으며, 제2 전극은 관통부를 통하여 제2 도핑 영역(111b)과 연결될 수 있다. 제1 전극과 제2 전극은 교대로 배치될 수 있다. A first electrode connected to the first
제1 전극은 제1 도핑 영역(111a)과 인접한 영역에 위치하는 버퍼층(115) 및 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하는 제1 전극부(121)를 포함하고, 제2 전극은 제2 도핑 영역(111b)과 인접한 영역에 위치하는 버퍼층(115) 및 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하는 제2 전극부(141)를 포함할 수 있다. 도 4에서 버퍼층(115)을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 버퍼층(115)은 생략될 수도 있다. 또한 상기 버퍼층(115)은 상기 제1 도핑 영역(111a)과 인접한 영역의 일부, 상기 제2 도핑 영역(111b)과 인접한 영역의 일부, 또는 이들의 조합에만 위치할 수도 있다.The first electrode includes a
제1 전극과 제2 전극은 전술한 구현예와 마찬가지로, 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 전술한 바와 같다.The first electrode and the second electrode may be formed using a conductive paste including conductive powder, metal glass, and an organic vehicle, as described above, and the detailed description thereof is as described above.
제1 도핑 영역(111a)과 제1 전극부(121) 사이 및 제2 도핑 영역(111b)과 제2 전극부(141) 사이에는 버퍼층(115)이 각각 형성되어 있다. 버퍼층(115)은 전술한 바와 마찬가지로 금속 유리를 포함하므로 도전성을 가지며, 제1 전극부(121) 또는 제2 전극부(141)와 접촉하는 부분과 제1 도핑 영역(111a) 또는 제2 도핑 영역(111b)과 접촉하는 부분을 가지므로, 제1 도핑 영역(111a)과 제1 전극부(121) 사이 또는 제2 도핑 영역(111b)과 제2 전극부(141) 사이에서 전하가 이동할 수 있는 통로의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. A
또한 버퍼층(115), 제1 도핑 영역(111a), 제2 도핑 영역(111b), 제1 도핑 영역(111a)과 버퍼층(115)의 계면, 반도체 기판(110)의 제2 도핑 영역(111b)과 버퍼층(115)의 계면 중 적어도 하나에는 결정화된 도전성 물질(122c)을 포함한다. 결정화된 도전성 물질(122c)은 상기 도전성 페이스트를 사용하여 제1 전극 및/또는 제2 전극 형성시 소성 단계에서 용융되어 버퍼층(115)을 통과하여 반도체 기판(110)의 제1 도핑 영역(111a) 및/또는 제2 도핑 영역(111b)으로 확산된 후 결정화된 것으로, 버퍼층(115)과 함께 제1 도핑 영역(111a)과 제1 전극부(121) 사이 및 제2 도핑 영역(111b)과 제2 전극부(141) 사이의 접촉 저항을 낮추고 태양 전지의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The interface between the
본 구현예에 따른 태양 전지는 전술한 구현예와 달리, 제1 전극 및 제2 전극이 모두 태양 전지의 후면에 위치함으로써 전면에서 금속이 차지하는 면적을 줄여 빛 흡수 손실을 줄일 수 있고 이에 따라 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.In the solar cell according to this embodiment, since the first electrode and the second electrode are both located on the rear surface of the solar cell, the area occupied by the metal can be reduced to reduce the light absorption loss, Can be increased.
이하 본 구현예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 4를 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to this embodiment will be described with reference to FIG.
먼저, 예컨대 n형 불순물로 도핑되어 있는 반도체 기판(110)을 준비한다. 이어서 반도체 기판(110)을 표면 조직화한 후, 반도체 기판(110)의 전면 및 후면에 절연막(112) 및 유전막(150)을 형성한다. 절연막(112) 및 유전막(150)은 예컨대 화학 기상 증착으로 형성할 수 있다. First, a
다음, 반도체 기판(110)의 후면 측에 예컨대 p형 불순물 및 n형 불순물을 차례로 고농도로 도핑하여 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 형성한다.Next, a first
이어서 유전막(150)의 일면에 제1 도핑 영역(111a)에 대응하는 영역에 제1 전극용 도전성 페이스트를 도포하고 제2 도핑 영역(111b)에 대응하는 영역에 제2 전극용 도전성 페이스트를 도포한다. 제1 전극용 도전성 페이스트 및 제2 전극용 도전성 페이스트는 각각 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있으며, 각각 전술한 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 사용할 수 있다.Next, a first electrode conductive paste is applied to a region corresponding to the first
이어서 제1 전극용 도전성 페이스트 및 제2 전극용 도전성 페이스트를 함께 또는 각각 소성할 수 있으며, 소성은 소성 로에서 도전성 금속의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온할 수 있다.The conductive paste for the first electrode and the conductive paste for the second electrode may be fired together or individually, and the firing may be performed at a temperature higher than the melting temperature of the conductive metal in the firing furnace.
상기에서는 상술한 도전성 페이스트를 태양 전지의 전극으로 적용한 예만 구체적으로 예시하였지만, 이에 한정되지 않고 전극을 포함하는 모든 전자 소자에 적용할 수 있다.In the foregoing, only the example of applying the conductive paste as an electrode of a solar cell has been specifically described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to all electronic devices including electrodes.
이하 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
은(silver( AgAg )의 고용도 측정) ≪ / RTI &
실시예Example 1 One
금속 유리 Cu46Zr46Al8를 두께가 90㎛이고 폭이 0.5㎝의 리본(ribbon) 형태로 준비한다. 상기 금속 유리 리본을 길이가 1㎝로 자른 후 그 위에 은(Ag)이 85중량% 포함된 은(Ag) 페이스트를 도포한다. 이어서 상기 금속 유리 리본을 대기 중에서 650℃로 30분 동안 열처리하여 도전성 박막을 형성한다. 이때 승온 속도는 50℃/분 이다.
Metal glass Cu 46 Zr 46 Al 8 is prepared in the form of a ribbon having a thickness of 90 μm and a width of 0.5 cm. The metal glass ribbon is cut into a length of 1 cm, and then silver (Ag) paste containing 85% by weight of silver (Ag) is applied thereon. Next, the metal glass ribbon is heat-treated at 650 ° C for 30 minutes in the air to form a conductive thin film. The rate of temperature rise is 50 ° C / min.
실시예Example 2 2
금속 유리로 Cu46Zr46Al8 대신 Cu58 .1Zr35 .9Al6을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 금속 유리 리본 위에 도전성 박막을 형성한다.
And to form a conductive thin film on the metallic glass ribbon in the same manner as in Example 1 except for using a Cu 46 Zr 46 Al 8 instead of Cu 58 Zr 35 .1 .9 Al 6 a metallic glass.
비교예Comparative Example 1 One
금속 유리로 Cu46Zr46Al8 대신 Cu50Zr50을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 금속 유리 리본 위에 도전성 박막을 형성한다.
A conductive thin film was formed on a metallic glass ribbon in the same manner as in Example 1, except that Cu 50 Zr 50 was used instead of Cu 46 Zr 46 Al 8 as the metallic glass.
평가 - 1Rating - 1
실시예 1 및 2와 비교예 1에 따라 형성된 금속 유리 리본 및 도전성 박막을 절단한 후 그 단면을 분석한다.The metallic glass ribbon and the conductive thin film formed according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were cut, and their cross sections were analyzed.
표 1은 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 금속 유리 리본과 도전성 박막의 계면으로부터 약 3㎛ 떨어진 위치의 금속 유리 리본에 존재하는 은(Ag)의 고용도를 보여준다. 상기 은(Ag)의 고용도는 금속 유리 리본과 도전성 박막의 계면에서 에너지 분산 X선 분광기(energy dispersive x-ray spectroscopy, EDS)통해 3㎛ 깊이에서의 은(Ag)의 농도(at%)를 측정한다.Table 1 shows the solubility of silver (Ag) present in the metallic glass ribbon at a position about 3 탆 away from the interface between the metallic glass ribbon and the conductive thin film in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. The degree of solubility of silver (Ag) was measured by the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) at the interface between the metallic glass ribbon and the conductive thin film, and the concentration (at%) of silver (Ag) .
표 1을 참고하면, 실시예 1 및 2에 따라 형성된 금속 유리 리본이 비교예 1에 따라 형성된 금속 유리 리본과 비교하여 더 많은 양의 은(Ag)이 고용된 것을 알 수 있다. 또한 알루미늄(Al) 함량이 높은 금속 유리를 사용한 실시예 1이 실시예 2보다 은(Ag)의 고용도가 높음을 알 수 있다.
Referring to Table 1, it can be seen that the metal glass ribbon formed according to Examples 1 and 2 has a larger amount of silver (Ag) than the metal glass ribbon formed according to Comparative Example 1. Further, it can be seen that Example 1 using a metal glass having a high aluminum (Al) content has higher solubility of silver (Ag) than Example 2.
도전성 페이스트 및 전극의 제조Manufacture of conductive paste and electrode
실시예Example 3 3
은(Ag) 분말 및 금속 유리 Cu46Zr46Al8를 에틸셀룰로오스 바인더 및 부틸 카르비톨 용매를 포함한 유기 비히클에 첨가한다. 이때 은(Ag) 분말, 금속 유리 Cu46Zr46Al8 및 유기 비히클은 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 84 중량%, 약 4 중량% 및 약 12 중량%로 혼합한다.Silver (Ag) powder and metallic glass Cu 46 Zr 46 Al 8 are added to an organic vehicle containing ethyl cellulose binder and butyl carbitol solvent. At this time, the silver (Ag) powder, the metallic glass Cu 46 Zr 46 Al 8 and the organic vehicle are mixed at about 84 wt%, about 4 wt% and about 12 wt%, respectively, relative to the total content of the conductive paste.
이어서 3-롤 밀을 사용하여 반죽하여 도전성 페이스트를 제조한다. And then kneaded using a three-roll mill to prepare a conductive paste.
실리콘 웨이퍼 위에 상기 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 도포한다. 이어서 벨트 퍼니스(belt furnace)를 사용하여 약 500℃까지 급격히 가열한 후 약 900℃까지 서서히 가열한다. 이 후 냉각하여 전극을 형성한다.
The above conductive paste is applied onto a silicon wafer by a screen printing method. Subsequently, the mixture is rapidly heated to about 500 ° C using a belt furnace and slowly heated to about 900 ° C. Thereafter, the electrode is formed by cooling.
실시예Example 4 4
금속 유리로 Cu46Zr46Al8 대신 Cu58 .1Zr35 .9Al6을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한 후 전극을 형성한다.
After the conductive paste is manufactured in the same manner as in Example 3 except for using a Cu 46 Zr 46 Al 8 instead of Cu 58 Zr 35 .1 .9 Al 6 a metallic glass to form an electrode.
비교예Comparative Example 2 2
금속 유리로 Cu46Zr46Al8 대신 Cu50Zr50을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한 후 전극을 형성한다.
A conductive paste was prepared in the same manner as in Example 3 except that Cu 50 Zr 50 was used instead of Cu 46 Zr 46 Al 8 as a metal glass, and then an electrode was formed.
평가 - 2Rating - 2
실시예 3 및 4와 비교예 2에 따라 형성된 전극의 접촉 저항 값을 측정한다. 접촉 저항 값은 Transfer length method (TLM)으로 측정한다The contact resistance values of the electrodes formed according to Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 are measured. The contact resistance value is measured by the Transfer length method (TLM)
표 2는 실시예 3 및 4와 비교예 2에 따라 형성된 전극의 접촉 저항 값을 보여준다.Table 2 shows the contact resistance values of the electrodes formed according to Examples 3 and 4 and Comparative Example 2.
표 2를 참고하면, 실시예 3 및 4에 따른 전극은 비교예 2에 따른 전극과 비교하여 접촉저항 값이 낮은 것을 알 수 있다. 이로부터 은(Ag)과 고용도를 이룰 수 있는 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 유리를 사용함으로써 접촉 저항 값을 낮출 수 있음을 알 수 있다. 또한 알루미늄(Al)의 함량을 높인 금속 유리를 사용함으로써 은(Ag)과의 고용도를 더욱 높여 접촉 저항 값을 더욱 낮출 수 있음을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the electrodes according to Examples 3 and 4 have lower contact resistance values as compared with the electrodes according to Comparative Example 2. From this, it can be seen that the contact resistance can be lowered by using a metal glass including silver (Ag) and aluminum (Al) capable of solubility. Further, by using a metal glass having a higher content of aluminum (Al), it is possible to further increase the solubility with silver (Ag) and further reduce the contact resistance value.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.
110: 반도체 기판 115a: 금속 유리
115: 버퍼층 120: 전면 전극부
122a: 도전성 분말 122b, 122c: 결정화된 도전성 분말
121: 제1 전극부 130: 유전막
135: 관통부 140: 후면 전극부
141: 제2 전극부110:
115: buffer layer 120: front electrode part
122a:
121: first electrode part 130: dielectric film
135: penetrating part 140: rear electrode part
141: second electrode portion
Claims (14)
상기 도전성 분말과의 혼합열(heat of mixing)이 0보다 작은 제1 원소를 포함하는 금속 유리, 그리고
유기 비히클
을 포함하고,
상기 유기 비히클은 용매를 포함하며,
상기 용매는 터피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌, 에틸렌글리콜 알킬에테르, 디에틸렌글리콜 알킬에테르, 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 디알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 페닐에테르, 디프로필렌글리콜 알킬에테르, 트리프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디메틸프탈산, 디에틸프탈산, 디부틸프탈산 및 탈염수에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 페이스트.
Conductive powder,
A metal glass comprising a first element having a heat of mixing with the conductive powder of less than 0, and
Organic vehicle
/ RTI >
Wherein the organic vehicle comprises a solvent,
Wherein the solvent is selected from the group consisting of terpineol, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, pentanediol, diphentin, limonin, ethylene glycol alkyl ethers, diethylene glycol alkyl ethers, ethylene glycol alkyl ether acetates, diethylene glycol alkyl ether acetates, Diethylene glycol dialkyl ether acetate, triethylene glycol alkyl ether acetate, triethylene glycol alkyl ether, propylene glycol alkyl ether, propylene glycol phenyl ether, dipropylene glycol alkyl ether, tripropylene glycol alkyl ether, propylene glycol alkyl ether acetate, di At least one selected from propylene glycol alkyl ether acetate, tripropylene glycol alkyl ether acetate, dimethyl phthalic acid, diethyl phthalic acid, dibutyl phthalic acid and demineralized water.
상기 도전성 분말과 상기 제1 원소의 공융 온도는 상기 도전성 페이스트의 소성 온도보다 낮은 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the eutectic temperature of the conductive powder and the first element is lower than the firing temperature of the conductive paste.
상기 도전성 페이스트의 소성 온도는 200℃ 내지 1000℃인 도전성 페이스트.
3. The method of claim 2,
Wherein the baking temperature of the conductive paste is 200 占 폚 to 1000 占 폚.
상기 제1 원소는 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 베릴륨(Be), 비스무스(Bi), 게르마늄(Ge), 납(Pb), 이테르븀(Yb), 스트론튬(Sr), 유로퓸(Eu), 지르코늄(Zr), 탈륨(Tl), 리튬(Li), 하프늄(Hf), 마그네슘(Mg), 인(P), 비소(As), 팔라듐(Pd), 금(Au), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 규소(Si), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt) 및 수은(Hg)에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
The first element may be selected from the group consisting of lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), promethidium (Pm), samarium (Sm), rutethium (Lu), yttrium (Y), neodymium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), thorium (Th), calcium (Ca), scandium (Sc) (Eu), zirconium (Zr), thallium (Tl), lithium (Li), and the like. (Au), plutonium (Pu), gallium (Ga), germanium (Ge), aluminum (Al), hafnium (Hf), magnesium (Mg), phosphorus (Cu), zinc (Zn), antimony (Sb), silicon (Si), tin (Sn), titanium (Ti), cadmium (Cd), indium (In), platinum (Pt) ≪ / RTI >
상기 금속 유리는 제2 원소 및 제3 원소를 더 포함하고,
상기 금속 유리는 하기 화학식 1의 조성을 가지는 합금인 도전성 페이스트:
[화학식 1]
Ax-By-Cz
상기 화학식 1에서, A, B 및 C는 각각 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소이고, x, y 및 z는 각각 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소의 조성비이고, x+y+z=1이다.
The method of claim 1,
Wherein the metal glass further comprises a second element and a third element,
Wherein the metal glass is a conductive paste which is an alloy having a composition represented by the following Chemical Formula 1:
[Chemical Formula 1]
A x -B y -C z
Wherein x, y, and z are the composition ratios of the first element, the second element, and the third element, and x + y + z = 1.
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소는 하기 관계식 1을 만족하는 비율로 포함되는 도전성 페이스트:
[관계식 1]
xyΔH1 + yzΔH2 + zxΔH3 < 0
상기 관계식 1에서, ΔH1 는 제1 원소와 제2 원소의 혼합열, ΔH2 는 제2 원소와 제3 원소의 혼합열 및 ΔH3 은 제3 원소와 제1 원소의 혼합열이다.
The method of claim 6,
Wherein the first element, the second element, and the third element are contained in a ratio satisfying the following relational expression 1:
[Relation 1]
xy? H 1 + yz? H 2 + zx? H 3 <0
In the above relational expression 1,? H 1 Is the mixed heat of the first element and the second element, ΔH 2 The The mixed heat of the second element and the third element and the mixed heat of? H 3 silver Is the mixed column of the third element and the first element.
상기 도전성 분말은 비저항이 100 μΩ㎝ 이하인 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the conductive powder has a resistivity of 100 占 cm or less.
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함하는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the conductive powder includes silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or a combination thereof.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 30 내지 99 중량%, 0.1 내지 20 중량% 및 잔량으로 포함되어 있는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the conductive powder, the metallic glass, and the organic vehicle are contained in an amount of 30 to 99% by weight, 0.1 to 20% by weight, respectively, based on the total amount of the conductive paste.
An electronic device comprising an electrode formed using the conductive paste according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 10.
상기 반도체 층에 전기적으로 연결되어 있으며 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극
을 포함하는 태양 전지.
Semiconductor layer, and
An electrode electrically connected to the semiconductor layer and formed using the conductive paste according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 10,
≪ / RTI >
상기 전극은 상기 반도체 층과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층, 그리고 상기 버퍼층 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 전극부를 포함하는 태양 전지.
The method of claim 12,
Wherein the electrode comprises a buffer layer located in a region adjacent to the semiconductor layer, and an electrode portion located in an area other than the buffer layer and containing a conductive material.
상기 버퍼층, 상기 반도체 층과 상기 버퍼층의 계면 및 상기 반도체 층 중 적어도 하나는 결정화된 도전성 물질을 포함하는 태양 전지.The method of claim 13,
Wherein at least one of the buffer layer, the interface between the semiconductor layer and the buffer layer, and the semiconductor layer includes a crystallized conductive material.
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